改进的用于二氧化碳与氢气反应的催化方法技术

本发明专利技术公开了一种二氧化碳与氢气反应的方法。在所述方法中，使吸附有二氧化碳的催化剂与氢气在高温下接触。催化剂可以通过使已贫化的催化剂与二氧化碳源接触来再生，二氧化碳源例如是发电厂的烟道气。在一个优选实施方案中，二氧化碳通过水的现场水解进行反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
I.专利
本专利技术总体涉及二氧化碳向烃的转化反应，更尤其涉及一种将二氧化碳转化成烃的催化方法。2.现有技术的描述已经建议了将二氧化碳转化成烃的许多方法。现有技术的方法一般包括多个反应步骤。DE 10156975A1公开了一种四步法。在第一步中，将二氧化碳从大气气氛分离出来。在第二步中，水通过电解而离解成氢气和氧气。在第三步中，二氧化碳与氢气反应形成 一氧化碳和水。在第四步中，将一氧化碳和额外氢气的混合物转化成烃和水。DE 20320020U1公开了一种用于生产水泥和烃的一体化设备。来自核电厂的电能用于离解水以形成氢气。二氧化碳与氢气在逆向水气转移反应器中反应形成一氧化碳，一氧化碳进而在费-托反应器中反应形成烃。US2005/0232833公开了相似的方法(二氧化碳和氢气的逆向水气转移反应，然后是费_托反应)。GB 2418430公开了一种方法，其中二氧化碳从大气富集，或使用富含二氧化碳的烟道气。二氧化碳与氢气进行费-托反应形成烃。此文献没有公开二氧化碳/氢气混合物如何被转化成费-托反应所需的合成气进料。GB 2459430A公开了一种方法，其中通过化学和物理提取从大气提取二氧化碳。二氧化碳在从水电解获得的氢气的存在下进行催化氢化。在一个实施方案中，二氧化碳与氢气反应形成甲醇；进而，甲醇在费-托工艺中被转化成烃。在第二个实施方案中，使用两种催化剂将二氧化碳反应成辛烷，两种催化剂是镍氢化催化剂以及一种盐。美国专利4，339，547公开了一种方法，其中例如使用NaOH从大气提取二氧化碳，形成Na2CO315通过电解产生氢气。二氧化碳与氢气在铜催化剂存在下反应形成甲醇。甲醇在沸石催化剂存在下被转化成烃。W000/25380公开了一种储存太阳能的方法。在此方法中，使用光电池将太阳能转化成电能。电能用于在电解中形成氢气。氢气与二氧化碳反应形成甲醇，甲醇在甲醇燃料电池中作为燃料以产生电能。W099/20713公开了一种复杂的方法，其中在化石燃料(例如甲烷)的燃烧中产生的二氧化碳与氢气在萨巴蒂(Sabatier)反应器中在镍催化剂存在下反应。W02007/108014公开了一种方法，其中来自工业燃烧工艺的二氧化碳与来自水电解的氢气反应，形成甲醇。甲醇在Mobil公司的甲醇制汽油(MTG)工艺中被转化成烃。因此，特别需要一种改进的催化方法，其中二氧化碳的捕获与其催化转化组合。特别需要其中能使用可更新能源产生氢气的方法。专利技术简述本专利技术通过提供一种二氧化碳与氢气反应的方法来解决这些问题，所述方法包括以下步骤(i)提供吸附有二氧化碳的催化材料；(ii)使步骤(i)的催化材料与氢气在25_1000°C范围内的温度下接触，优选200-500°C，从而形成反应产物。本专利技术的另一个方面包括一种通过使在步骤(ii)中使用之后的催化剂与二氧化碳接触来再生催化剂的方法。本专利技术的详细描述各种现有技术方法是基于二氧化碳与氢气反应作为一个步骤以形成烃。这些方法在二氧化碳反应物的来源方面不同。在一类工艺中，二氧化碳是从大气捕获的，例如通过化学或物理提取。另一类方法是整合了本身产生二氧化碳的工业方法，例如化石燃料在发电 厂中的燃烧，或石灰石在水泥生产中的分解。第三类方法包括从烟道气捕获二氧化碳。再另一类方法使用空气作为二氧化碳的中间来源。所有现有技术方法在二氧化碳产生区域方面存在显著的缺点。使用“原样”空气的方法的缺点是在环境空气中的二氧化碳浓度非常低，并且存在氧气。使用燃烧工艺的烟道气作为二氧化碳来源的方法的缺点是与整合工艺相关的地理和容量限制。也就是说，烃生产设备必须处于二氧化碳产生设备的附近，而且烃生产设备的容量必须非常匹配被整合的设备的二氧化碳产生速率。依赖捕捉二氧化碳的方法在地理位置和烃生产设备的容量方面是更灵活的。但是，这些方法弓I起的新问题是用于捕捉二氧化碳的材料必须分解以释放出被捕捉的二氧化碳。本专利技术通过提供一种二氧化碳与氢气反应的方法来解决二氧化碳来源的问题，所述方法包括以下步骤( i )提供吸附有二氧化碳的催化材料；(ii)使步骤(i)的催化材料与氢气在25_1000°C范围内的温度下接触，优选200-500°C，从而形成反应产物。换句话说，在步骤(ii)中使用的催化剂是适用于捕捉二氧化碳的材料。这省去了对于分解二氧化碳捕获材料以从与氢气的反应释放出二氧化碳的需要。代替它，本专利技术方法提供了一种处于最需要的位置上的二氧化碳，即处于催化剂表面上的二氧化碳。因为氢分子具有小尺寸，所以氢分子快速和容易地扩散入催化剂的孔中。本专利技术方法可以用于二氧化碳与氢气的各种反应。例如，步骤(ii)的反应产物可以含有一氧化碳，如在逆向水气转移反应中。在另一个实施方案中，反应产物含有甲醇。在另一个实施方案中，反应产物含有烃的混合物。在其中反应产物含有烃混合物的方法中，烃优选含有烷烃的混合物。烃混合物可以还含有烯烃的混合物。本领域技术人员将理解反应产物的组成将大部分由因素例如反应温度、氢气压力、额外二氧化碳的存在或不存在以及催化剂的性质决定。尤其是，催化剂的性质在决定反应产物的组成中起到重要的作用。例如，逆向水气转移催化剂有助于形成一氧化碳；氢化催化剂有助于形成甲醇；萨巴蒂催化剂或费-托催化剂有助于形成烃。可以有利地使用含有两种或多种功能的催化剂组合物。催化剂组合物所必须提供的一种功能是吸附二氧化碳。催化剂组合物可以含有用于提供例如氢化功能或费-托反应功能的第二组分。三组分催化剂组合物的例子是含有用于提供二氧化碳吸附功能的第一组分、用于提供逆向水气转移功能的第二组分、以及用于提供费-托反应功能的第三组分的组合物。催化剂组合物可以含有金属氧化物，例如二价金属的氧化物或三价金属的氧化物。二价金属可以含有碱土金属，尤其是钙和/或镁。三价金属可以例如是铝。特别优选的是含有水滑石或水滑石类材料的催化剂组合物。这里使用的术语“水滑石类材料”表示这样的材料，其具有水滑石的一般晶体结构，并且其中部分或全部的镁离子被另一种二价金属的离子代替，和/或部分或全部的铝离子被另一种三价金属的离子代替。 催化剂组合物可以另外含有过渡金属。优选的过渡金属是选自Fe、Ni、Co、Ru、Re、Zn、Au以及它们的混合物。在一个优选实施方案中，二氧化碳的转化包括水的现场水解。因此，本专利技术的一个优选实施方案是包括以下步骤的方法( i )提供水源和吸附有二氧化碳的催化材料；(ii)使用太阳能的形式在碳源存在下从水源活化水；(iii)将二氧化碳转化成含有碳和氢的有机化合物。本专利技术方法的此实施方案的一个重要方面是太阳能的输入是在碳源的存在下发生的，这获得了活化形式的水。此特征允许二氧化碳与活化形式的水反应。本专利技术的此实施方案不受限于活化水的具体形式。在一个实施方案中，水分子具有一个或两个处于激发态的O-H键，使得氢基团能分裂并与碳源反应。激发态可以通过用太阳能光子辐照水实现，尤其在光谱的UV范围内。活化水的形成可以通过使用合适的半导体加强，所述半导体具有与在光谱的可见光或近紫外部分中的光子的能量对应的带隙。二氧化钛(带隙是3eV)是合适的半导体材料的例子。在另一个实施方案中，太阳能用于形成氢基团和/或氢分子。例如，太阳能可以用于在光电法中产生电能。电能可以用于水分子的电解，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.10 US 61/285,2271.一种二氧化碳与氢气反应的方法，所述方法包括以下步骤 (i)提供吸附有二氧化碳的催化材料； (ii)使步骤(i)的催化材料与氢气在25-1000°C范围内的温度下接触，从而形成反应产物。2.权利要求I的方法，其中步骤(ii)在200-500°C范围内的温度下进行。3.权利要求I的方法，其中反应产物含有一氧化碳。4.权利要求I的方法，其中反应产物含有甲醇。5.权利要求I的方法，其中反应产物含有烃的混合物。6.权利要求5的方法，其中反应产物含有烷烃的混合物。7.权利要求6的方法，其中反应产物还含有烯烃。8.上述权利要求中任一项的方法，其中催化材料含有二价金属的氧化物。9.上述权利要求中任一项的方法，其中催化材料含有三价金属的氧化物。10.权利要求8的方法，其中二价金属含有碱土金属。11.权利要求9的方法，其中三价金属含有铝。12.权利要求10或11的方法，其中催化剂含有水滑石或水滑石类材料。13.权利要求10-12中任一项的方法，其中催化剂还含有过渡金属。14.权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·奥康纳，
申请(专利权)人：安特西有限公司，
类型：发明
国别省市：